Principio de funcionamiento del voltímetro y tipos de voltímetro
¿Qué es un Voltímetro?
Voltímetro es un medidor de voltaje. Que mide el voltaje entre dos nodos. Sabemos que la unidad de diferencia de potencial es el voltio. Por lo tanto, es un instrumento de medición que mide la diferencia de potencial entre dos puntos.
Principio de Funcionamiento del Voltímetro
El principio principal del voltímetro es que debe conectarse en paralelo donde queramos medir el voltaje. Se utiliza la conexión en paralelo porque un voltímetro está construido de tal manera que tiene un valor muy alto de resistencia. Si esa alta resistencia se conecta en serie, el flujo de corriente será casi cero, lo que significa que el circuito se ha abierto.
Si se conecta en paralelo, la impedancia de la carga se conecta en paralelo con la alta resistencia del voltímetro y, por lo tanto, la combinación dará casi la misma impedancia que tenía la carga. También sabemos que en un circuito en paralelo, el voltaje es el mismo, por lo que el voltaje entre el voltímetro y la carga es casi el mismo y, por lo tanto, el voltímetro mide el voltaje.
Para un voltímetro ideal, tenemos que la resistencia debe ser infinita y, por lo tanto, la corriente absorbida debe ser cero, por lo que no habrá pérdida de potencia en el instrumento. Pero esto no es prácticamente alcanzable, ya que no podemos tener un material que tenga una resistencia infinita.
Clasificación o Tipos de Voltímetros
Según el principio de construcción, tenemos diferentes tipos de voltímetros, que son principalmente –
Movimiento de Bobina con Imán Permanente (PMMC) Voltímetro.
Hierro Móvil (MI) Voltímetro.
Tipo Electrodinamómetro Voltímetro.
Tipo Rectificador Voltímetro
Tipo Inducción Voltímetro.
Tipo Electrostático Voltímetro.
Voltímetro Digital (DVM).
Dependiendo de los tipos de mediciones que realicemos, tenemos-
Voltímetro DC.
Voltímetro AC.
Para los voltímetros DC, se utilizan instrumentos PMMC, los instrumentos MI pueden medir tanto voltajes AC como DC, los instrumentos de tipo electrodinamómetro, los instrumentos térmicos pueden medir voltajes DC y AC. Los medidores de inducción no se utilizan debido a su alto costo e inexactitud en la medición. El voltímetro de tipo rectificador, el tipo electrostático y también el voltímetro digital (DVM) pueden medir tanto voltajes AC como DC.
Voltímetro PMMC
Cuando un conductor que lleva corriente se coloca en un campo magnético, una fuerza mecánica actúa sobre el conductor, si está adjunto a un sistema móvil, con el movimiento de la bobina, el puntero se mueve sobre la escala.
Los instrumentos PMMC tienen imanes permanentes. Son adecuados para la medición de corriente continua porque aquí la desviación es proporcional al voltaje, ya que la resistencia es constante para un material del medidor y, por lo tanto, si la polaridad del voltaje se invierte, la desviación del puntero también se invertirá, por lo que solo se utiliza para la medición de corriente continua. Este tipo de instrumento se llama instrumento de tipo D’Arsonval. Tiene ventajas de tener una escala lineal, bajo consumo de energía, alta precisión.
Las principales desventajas son –
Solo mide cantidades de corriente continua, mayor costo, etc.
Donde,
B = Densidad de flujo en Wb/m2.
i = V/R donde V es el voltaje a medir y R es la resistencia de la carga.
l = Longitud de la bobina en m.
b = Anchura de la bobina en m.
N = Número de vueltas en la bobina.
Extensión del Rango en un Voltímetro PMMC
En los voltímetros PMMC tenemos la posibilidad de extender el rango de medición de voltaje. Simplemente conectando una resistencia en serie con el medidor, podemos extender el rango de medición.
Supongamos,
V es el voltaje de alimentación en voltios.
Rv es la resistencia del voltímetro en Ohm.
R es la resistencia externa conectada en serie en ohm.
V1 es el voltaje a través del voltímetro.
Entonces, la resistencia externa a conectarse en serie se da por
Voltímetro MI
Instrumentos MI significa instrumento de hierro móvil. Se utiliza tanto para mediciones AC como DC, porque la desviación θ es proporcional al cuadrado del voltaje asumiendo que la impedancia del medidor es constante, por lo que, sea cual sea la polaridad del voltaje, muestra desviación direccional, además, se clasifican de dos maneras más,
Tipo de atracción.
Tipo de repulsión.
Donde, I es la corriente total que fluye en el circuito en Amperios. I = V/Z
Donde, V es el voltaje a medir y Z es la impedancia de la carga.
L es la inductancia propia de la bobina en Henry.
θ es la desviación en Radian.
Principio del Instrumento MI de Tipo Atracción
Si se coloca un hierro blando no magnetizado en un campo magnético, se atrae hacia la bobina, si un puntero está adjunto al sistema y se pasa corriente a través de una bobina como resultado de la tensión aplicada, crea un campo magnético que atrae la pieza de hierro y crea un par de torsión deflector como resultado del cual el puntero se mueve sobre la escala.
Principio del Instrumento MI de Tipo Repulsión
Cuando dos piezas de hierro se magnetizan con la misma polaridad al pasar una corriente, lo cual se hace aplicando un voltaje a través del voltímetro, entonces ocurre la repulsión entre ellas y esa repulsión produce un par de torsión deflector debido al cual el puntero se mueve.
Las ventajas son que mide tanto AC como DC, es barato, tiene bajos errores de fricción, es robusto, etc. Se usa principalmente en la medición de CA porque en la medición de CD el error será mayor debido a la histeresis.
Voltímetro de Tipo Electrodinamómetro
Se utilizan instrumentos de tipo electrodinamómetro porque tienen la misma calibración tanto para CA como para CD, es decir, si se calibra con CD, también sin calibrar, podemos medir CA.
Principio del Voltímetro de Tipo Electrodinamómetro
Tenemos dos bobinas, fija y móvil. Si se aplica un voltaje a las dos bobinas, como resultado de lo cual fluye corriente en las dos bobinas, permanecerá en la posición cero debido al desarrollo de pares de torsión iguales y opuestos. Si la dirección de uno de los pares de torsión se invierte, ya que la corriente en la bobina se invierte, se produce un par de torsión unidireccional.
Para el voltímetro, la conexión es en paralelo y ambas bobinas fija y móvil están conectadas en serie con resistencia no inductiva.
φ = 0 donde φ es el ángulo de fase.
Donde, I es la cantidad de corriente que fluye en el circuito en Amperios = V/Z.
V y Z son el voltaje aplicado y la impedancia de la bobina, respectivamente.
M =
